Er­zeu­gung von Was­ser­stoff: Elek­tro­ly­se und so­la­re Ver­fah­ren

Partikelreceiver auf der Forschungsebene des Solarturms im Versuchsbetrieb
Par­ti­kel­re­cei­ver auf der For­schungs­ebe­ne des So­lar­turms im Ver­suchs­be­trieb
Bild 1/5, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Partikelreceiver auf der Forschungsebene des Solarturms im Versuchsbetrieb

Mit dem So­lar­turm Jü­lich be­treibt das DLR-In­sti­tut für So­lar­for­schung und so­la­re Kraft­werks­tech­nik das ein­zi­ge so­lar­ther­mi­sche Turm­kraft­werk in Deutsch­land. Hier tes­ten und ent­wi­ckeln So­lar­for­scher ge­mein­sam mit In­dus­trie­un­ter­neh­men Kom­po­nen­ten und Sys­te­me für kom­mer­zi­el­le so­lar­ther­mi­sche Kraft­wer­ke.
Reaktor zur thermischen Wasserstofferzeugung
Re­ak­tor zur ther­mi­schen Was­ser­stof­fer­zeu­gung
Bild 2/5, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Reaktor zur thermischen Wasserstofferzeugung

Die­ser Re­ak­tor nutzt die Ener­gie von Son­nen­strah­lung, um Was­ser­stoff zu er­zeu­gen. Er steht im Hoch­leis­tungs­strah­ler Syn­light des DLR Jü­lich.
H2ORIZON im DLR Lampoldshausen
H2ORI­ZON im DLR Lam­polds­hau­sen
Bild 3/5, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

H2ORIZON im DLR Lampoldshausen

Die H2ORI­ZON-An­la­ge des DLR in Lam­polds­hau­sen soll mit­tels Elek­tro­ly­se "grü­nen" Was­ser­stoff pro­du­zie­ren. Die Ener­gie da­zu kommt aus dem na­he ge­le­ge­nen Wind­park, der von dem Pro­jekt­part­ner ZEAG Ener­gie be­trie­ben wird. Der er­zeug­te Was­ser­stoff soll dann im Block­heiz­kraft­werk, für Brenn­stoff­zel­len­fahr­zeu­ge oder für Ra­ke­ten­trieb­werks­tests an den Prüf­stän­den des Stand­orts ein­ge­setzt wer­den.
Wasserstoff-Elektrolyse
Was­ser­stoff-Elek­tro­ly­se
Bild 4/5, Credit: DLR/ThomasErnsting.

Wasserstoff-Elektrolyse

Bei ho­hen Stro­m­über­schüs­sen im Netz lässt sich da­mit durch Elek­tro­ly­se Was­ser­stoff ge­win­nen. Was­ser­stoff be­sitzt ei­ne sehr ho­he Ener­gie­dich­te, ist fle­xi­bel nutz­bar und lässt sich als Spei­cher­me­di­um auch län­ger­fris­tig la­gern. Bei Be­darf wird der ge­spei­cher­te Was­ser­stoff wie­der in Strom um­ge­wan­delt. So las­sen sich Last­spit­zen ab­de­cken und das Strom­netz  sta­bi­li­sie­ren.
HYDROSOL_Plant: Neuer verbesserter Reaktor
HY­DRO­SOL_Plant: Neu­er ver­bes­ser­ter Re­ak­tor
Bild 5/5, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

HYDROSOL_Plant: Neuer verbesserter Reaktor

Mit ver­bes­ser­ten Ma­te­ria­len und neu­em Re­ak­tor­de­sign konn­ten die For­scher die Was­ser­stoff­pro­duk­ti­on deut­lich er­hö­hen.

Um grünen Wasserstoff in großindustriellem Maßstab herzustellen, forscht das DLR vor allem an zwei Methoden: der Elektrolyse und solarthermische Verfahren.

Die Elektrolyse ist die am weitesten entwickelte Technologie und bereits kommerziell verfügbar. Ihr Prinzip ist seit mehr als 200 Jahren bekannt: Wasser wird mit Hilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Drei Verfahren stehen aktuell im Mittelpunkt: die alkalische Elektrolyse, die Protonen-Austausch-Membran-Elektrolyse und die Hochtemperatur-Elektrolyse. Das DLR entwickelt alle drei Verfahren weiter. Aktuell gibt es in Deutschland eine installierte und mit erneuerbarem Strom gespeiste Elektrolyseleistung von insgesamt 30 Megawatt. Für den Umstieg in eine Wasserstoffwirtschaft müsste diese Kapazität massiv ausgebaut werden. Dafür werden sowohl kleinere, dezentrale Elektrolyseanlagen – beispielsweise an Tankstellen – als auch zentrale, großtechnische Elektrolyseure mit besonders hohen Wirkungsgraden benötigt.

Solarthermische Verfahren zur Wasserstoffproduktion versprechen einen höheren Wirkungsgrad, indem konzentrierte Solarstrahlung in Strom und Wärme umgewandelt wird. Bei diesem Prozess nutzen solarthermische Kraftwerke die Sonnenenergie, um Wärme zur thermochemischen Wasserspaltung zu produzieren. Ihr Einsatz bietet sich vor allem im Sonnengürtel der Erde an, mit anschließendem Wasserstoffimport, analog zum Import fossiler Energieträger heute. Das DLR entwickelt Komponenten und Verfahren weiter, um diese Anlagen möglichst effizient, langlebig und industrietauglich zu gestalten. Erste Pilotanlagen sind bereits in Betrieb, bis zur Marktreife des solaren Pfads der Wasserstoffherstellung wird es allerdings noch einige Jahre dauern.

Projektbeispiele:

  • ASTOR - Im Forschungsprojekt ASTOR (Automatisierung Solar-Thermochemischer Kreisprozesse zur Reduzierung von Wasserstoffgestehungskosten) wird ein solarthermisch betriebener Reaktor zur Erzeugung von Wasserstoff aus Sonnenenergie und Wasser entwickelt.
  • H2ORIZON – Regenerative Wasserstofferzeugung mithilfe einer PEM-Elektrolyse auf Basis von Windenergie.

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